酱油行业污水处理效果影响因素分析

来源:用户上传      作者:李洁茵 袁素芬

　　摘要：酱油是我国的传统调味品，酱油行业是典型的调味品行业，在生产过程中需要耗费巨大的水量，并产生大量废水，酱油生产产生废水具有有机物浓度高、盐度大、有异味，但生化性好等特点，含有COD、氨氮、悬浮物和磷酸盐等污染物。本文主要采用案例研究方法，以某企业废水运行情况为例，对不同水处理工序进行研究分析，分别对不同水质如原水、厌氧池、好氧池、沉淀池以及出水等环节的水质进行分析，从而分析不同环节的主要处理效果。最后对酱油行业污水处理影响效果因素进行归纳总结，提出优化建议。
　　关键词：酱油废水;影响因素;水质分析
　　中图分类号：X797 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-00-04
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.019
　　Analysis of influencing factors of sewage treatment effect in soy sauce industry
　　Li Jieyin1，2，Yuan Sufen2
　　（1.Guangzhou Purescape Ecological Protection Technology Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000，China;
　　2.Guangdong Vocational college of Environmental Protection Engineering，Foshan Guangdong 528216，China）
　　Abstract：Soy sauce is a traditional condiment in our country.Soy sauce industry is a typical condiment industry. The production process needs huge water consumption and produces a large amount of wastewater.The wastewater from soy sauce production has the characteristics of high organic concentration， high salinity and peculiar smell， but it has good biochemical properties， including COD， ammonia nitrogen， suspended matter and phosphate.In this paper， case study method is used to analyze the operation of wastewater in an enterprise.Different water treatment processes are studied and analyzed.The water quality of different water quality， such as raw water，anaerobic tank，aerobic tank， sedimentation tank and effluent， is analyzed respectively， so as to analyze the main treatment effect of different links.Finally，the influencing factors of sewage treatment in soy sauce industry are summarized and optimized suggestions are put forward.
　　Key words：Soy sauce wastewater;Influencing factors;Water quality analysis
　　1 背景
　　醬油产业是我国调味品行业的第一大产业，产销量和企业规模均居调味品行业首位。酱油是中国传统调味品，是以大豆、脱脂大豆、小麦、麦鼓等为原料，经微生物发酵酿制而成。一般酱油的生产工艺过程包括原料处理、制曲、发酵、浸出淋油及加热配制等工序。在该过程中将产生大量的废水，主要来源于包装容器的清洗消毒废水、生产场地及设备的清洗废水、原料浸泡废水和发酵罐池的冲洗废水。
　　据统计的资料表明：生产1t酱油需要消耗7～10t新鲜水，也就是生产1t酱油会带来约6～9t的酱油废水。每年我国酱油企业产生的酱油废水接近5×107t。酱油废水属于食品发酵废水，化学需氧量和生化需氧量浓度高、负荷变化大、色度重，属于难处理有机废水。成分复杂，是一种重要的污染物。废水中的主要成分包括粮食残留物、发酵过程产物、微量洗涤剂、消毒剂、大量盐分、各种微生物机器分泌的酶和代谢产物等等。这种废水因其特殊的物理化学性质，对环境造成的污染远远超过生活污水，因此必须得到有效处理。如果酱油废水没有处理或者处理不达标就排入水体的话会导致严重的环境污染，不管是对动植物、生态环境还是人类正常生活都是一个比较尖锐的问题。高浓度的酱油废水中有机物、氮、磷含量比较高，就会使水体富营养化，色度会使水体接受阳光能力降低，影响水生生物存活，破坏水体生态系统平衡;而酱油废水发酵后产生难闻气体污染空气，降低空气质量，滋生空气中的病原微生物，使空气不适于人类生活;酿造废水含盐量高，可破坏土壤结构，分散土壤胶体，使土壤中的缓效性氮和钾释放出来，使得土壤中速效养分进一步增加[6]。
　　因此，本论文着重研究影响酱油废水中污染因子的浓度变化，尝试从变化规律中找到更加高效、经济的酱油废水处理技术。从而减少酱油废水对生态环境的影响。 　　2 酱油行业概况
　　2.1 行业在国内外发展情况
　　2.1.1 国内外酱油生产现状
　　酱油作为中国传统发酵调味品，在我国有着十分悠久的生产历史，深受我国人民的喜爱。目前来说日本、新加坡和韩国是酱油生产最先进的国家，他们的绝大多数的先进生产技术得到了市场的认可。酱油行业生产依然主要以最原始的天然古法酿造为主，到现在只是采用先进的现代机械设备去取代大部分的传统手工艺方法，但酱油行业依然取得了巨大的发展。
　　从全国范围来看，调味品业的增长每年都在20%以上，酱油市场的增长则在10%以上，我国是酱油的主要生产和消费大国，1975年我国酱油产量不足1×106t，70年代末达到1.75×106t，80年代末为2×106t，90年代末猛增到4.5×106t。随着人口的增加以及人民生活水平的不断提高，酱油的销量还会进一步增加，现在内地人均年消费量仅4kg多，仅为其他习惯吃酱油的东方国家和地区消费量的30%～50%，市场还有一点空间。目前世界酱油年产量约为8×106t。其中：中国大陆5×106t，日本1.2×106t，其他亚洲国家和地区为2.6×106t。全国最大的酱油企业在广东佛山——海天调味食品公司，年产18×105t，上海最大的酱油厂规模一般在2～3×104t，日本龟甲年产4×105t、雅玛莎年产1.2×105t。现在国际市场日本酱油仍唱主角，台湾地区酱油销量逐渐超过日本，而大陆酱油也正奋起直追，销量节节上升，势头可喜，有希望在不久的将来超过日本和台湾地区。目前中国内地出口西方的酱油，估计每年在30 000t以上。
　　2.2 酱油行业发展特征
　　2.2.1 生产厂家分布情况
　　酱油是我国的传统调味品，酱油行业是调味品行业的第一大产业，也是我国调味品行业中收入规模最大的子品类，具有“小品类、大市场”的特点。据国家统计局最新数据表明，2016年我国调味品、发酵制品制造行业累计实现产品销售收入3064.10亿元，其中酱油行业收入达到了631亿元，从产量结构上看，我国酱油产量占比最高，占到整个调味品、发酵制品行业的42%。全国酱油产量中广东省的占比达最高，达到40%，其中，海天、美味鲜（厨邦酱油）等国内知名酱油企业均在广东省。
　　根据第二次污染源普查清单结果，广东省内的调味品、发酵制品制造业为544家，其中酱油、食醋及类似制品制造业为186家，主要分布在珠三角和粤东地区，详见表1和图1。
　　大型酱油企业获得发展的同时，小规模生产也如春笋般涌现。由于酱油行业门槛比较低，酱油行业市场前景巨大，一些小作坊学法上马。以揭阳市的酱油企业当地生产为例，其生产分散，尤其多在县级镇区等地。设备就是筐、缸、锅、桶等，一般采取自产自销，由于品牌、广告效应做不到规模比较大的产品高度，只能产销到生产厂区附近的居民、超市或者酒家饭堂大排档等食肆，以价钱便宜取胜。这类小厂在目前还会存在很长一段时间。许多酱油企业成为当地税收重要来源，促进经济发展。
　　2.2.2 生产厂家产生废水情况
　　2016年，广东省调味品、发酵制品制造业工业总产值为257.66亿元，占到全省重点调查行业企业工业总产值的0.62%，工业取水量为1.393×108t，占到全省重点调查行业企业工业取水量的0.55%，工业废水排放量为6.373×106t，占到全省重点调查行业企业工业废水排放量总量的0.60%。工业废水排放量中有5.8434×106t直接排入环境，占到废水排放总量的83.8%，远高于全省重点行业工業企业工业废水直接排放到环境的比例69.66%。
　　对酱油、食醋及类似制品行业的情况进行了统计分析如表2所示。由表2可知，酱油、食醋及类似制品行业在调味品、发酵制品行业中占有举足轻重的位置。从工业总产值来看，该行业为调味品、发酵制品行业贡献了82%的产值，用取水量也占到了86%以上，工业废水排放量接近85%的比例，化学需氧量和氨氮的产生、排放量的比例也在该行业中占据绝对重要的优势。
　　2.2.3 行业技术发展情况
　　酱油行业，主要原材料为黄豆、面粉、豆粕、食盐等，酱油的主要生产工艺为酿造工艺，主要分为“高盐稀态”和“低盐固态”酿造方式。广东省内主要生产广式酱油，酿造方式以高盐稀态为主，发酵方式大体上保留传统的自然发酵。
　　随着科学技术的进步，各种新技术如春笋般涌现，如萃取技术、膜技术、固定化酵母技术、生物酶解技术、微胶囊技术等不断应用于调味品生产中，提高产品质量和产量，做到了与国际接轨。通过不断对技术改造的钻研，我国部分生产企业对传统调味品、新型调味品和各种复合调味品的技术水平和工艺水平掌握得游刃有余，更是得到酱油同行的青睐。
　　2.3 酱油行业的生产工艺和产污环节
　　2.3.1 酱油行业的生产工艺
　　由图2可知，酱油行业的生产工艺依次为浸泡-蒸煮-接种-制曲-发酵-压滤-成品包装。蒸煮前的黄豆要在浸泡罐中浸泡18h，然后放在蒸笼;蒸煮的温度控制在100℃左右，大概蒸煮45min;接种就是把煮好的黄豆移到接种床中，冷却到40℃左右接入菌种，翻拌均匀;制曲就是把接好种的曲料制曲池在30℃左右静止培养8h，再通风培养15h后翻曲，翻曲后再通风12h后堆积升温2h，料温再50℃后出曲;发酵就是把曲移到发酵罐，按盐水和料比例2：1，控温40～45℃，周期40d;将发酵好的酱醅加入80℃的热水浸泡8h后放油，再浸泡2h后二次放油;根据产品的需要加入添加料进行勾兑，最后灭菌、罐装就可以出成品了。所有工艺可以总结为原料清洗、制曲、发酵、淋油、成品包装五步骤。其中也可以概括为3个步骤：制曲、发酵、淋油。
　　2.3.2 酱油行业的产污环节
　　酱油废水成分复杂，是一种重要的污染物。在酱油的制曲、发酵、回淋等过程中会产生酱油废水，包括生产区和设备区的清洗废水、原料浸泡的废水、发酵罐池的冲洗废水和包装容器的清洗消毒废水[9]等。废水中主要成分包括黄豆残留物、发酵过程产物、酱油色素、大量盐分、各种微生物及其分泌的酶和代谢产物等等。导致废水呈现较高的色度，处理具有一定难度。主要污染物有COD、氨氮、SS、色度等。此外，酱油酿造废水具有有机物浓度高、氨氮高、盐度大、有异味，但可生化性好等特点。同时，由于受到酿造酱油过程的特殊生产习惯，外界因素影响比较大，大多数酱油生产企业都是间歇性或季节性生产不同品类的调味品，比如在夏季的广东阳光比较猛烈，雨水也比较多;而冬季阴天占多数，导致污水成分及水量变化比较大。 　　2.4 酱油行业废水排放现状及处理技术
　　2.4.1 酱油行业废水排放现状
　　酱油生产最大的特点是污水排放量很大，因此，酱油在满足人们日常生活饮食需要的同时也带来严重的环境污染。有研究表明，每生产1t酱油需要消耗7～10m3的新鲜水，也就是说生产1t酱油会产生约6～9m3的酱油废水。
　　一般酱油的生产工艺过程包括原料处理、制曲、发酵、浸出淋油及加热配制等工序。在该过程中将产生大量废水。来自制曲、发酵、淋油等工序的废水约占90%。一般年产万吨酱油厂的日均废水排放量在100～300m3左右，采用传统工艺废水排放量更高。每年我国酱油生产企业产生的废水接近5×107m3。
　　2.4.2 酱油废水处理技术
　　目前，酱油酿造废水常用的处理方法有物理、化学和生物方法：物理法包括进水口设置细格栅、气浮法、吸附法、渗析法等;化学法包括氧化还原法、化学絮凝法等;生物法包括厌氧生物处理、好氧生物处理、膜生物反应器技术、光合细菌法等[11]。因酱油酿造废水的BOD/COD（生化耗氧量/化学需氧量）大于0.5，可生化性好，目前广泛采用的生化处理方法就具有较为理想的出水效果。然而酱油酿造废水也具有高色度、高盐度的特点，在进行生化处理前有必要进行一定的物理化学预处理或后处理。
　　3 案例分析
　　3.1 公司概况
　　某公司总部地理条件优越，工厂占地3×104m2，交通便利，拥有国际先进的生产设备，厂房设置、配置全部现代化，科学的管理意识与现代的质量意识已渗透到生产流程的每一个环节，呈现在人们面前的是一个传统酿造工艺与现代化经营理念完美结合的现代化专业调味品企业的风姿。秉承多年潜心研究的生产工艺及北回归线赐予的阳光，采用传统的天然酿造工艺和现代化的生产设备不断推陈出新，精选优质原料，利用亚热带天然的生产条件和几代调味品人的技艺结晶，推出酱油、蚝油、调味酱、调味油、调味粉、调味醋和调味汁等七大系列，各种档次调味品，共有100多个品种，200多个规格。
　　3.2 废水处理设施运行管理情况
　　3.2.1 废水运行管理情况
　　该公司废水运行管理规范，环保设备相对完善，并配有专业技术人员对设备进行维护管理和对运行情况监督，公司对废水水质进行定期檢测检验，数据资料详实，台账完整。选取该公司2017年10月～2018年11月的实际运行数据为基础进行研究分析。公司主要记录废水从原水池-厌氧池-好氧池-沉淀池以及出水池等各处理环节的pH、COD、氨氮、磷酸盐的浓度情况以及相关的药剂使用情况。
　　3.2.2 废水处理工艺流程
　　处理酱油酿造厂废水主要采用AO工艺处理酱油废水。依次经过原水池-厌氧池-好氧池-沉淀池-排放池，详见图3。
　　将酱油酿造废水后的废水进入格栅井除去悬浮物，然后进入调节池调节，并加入99%氢氧化钠将废水的pH 值调至中性;厌氧池和好氧池之间随着聚铝PAC 投加量的增加，降低COD出水浓度;沉淀池出水通过管道混合器投加含次氯酸钠10%的漂水，经过氧化脱色后排放。厌氧池和好氧池同时用来去磷，好氧池是通过反硝化作用去氮，而废水处理过程整个都能去除COD。
　　3.3 原水池中污染因子浓度变化情况
　　该公司的监测指标有pH、COD、氨氮、磷酸盐等。本文选取COD和氨氮作为研究对象，选取1、4、7、11月份进行分析。
　　3.3.1 原水池中COD浓度变化情况
　　根据原水池的运行情况及规律，选取COD在1、4、7、11月份的浓度变化详见图4。
　　从图4可知，原水池中COD的浓度在4月份中较低，在11月份分最高。整体呈现一个逐渐上升的趋势。
　　3.3.2 原水池中氨氮浓度变化情况
　　根据原水池的运行情况及规律，选取氨氮在1、4、7、11月份的浓度变化详见图5。
　　从图5可知，原水池中的氨氮的浓度在1月份中最高，在11月份分的浓度最低。整体呈现逐渐下降的趋势。
　　3.4 不同水池中污染因子处理效率的情况
　　主要对COD和氨氮在不同水池中的处理效率变化进行分析。
　　3.4.1 COD在不同水池中处理效率变化
　　以不同池子为横坐标，COD的处理效率变化情况详见表3、图6。
　　从图6可知，COD从原水池到厌氧池的处理效率变化是最大的，处理的效果达到90%左右，之后的处理效率逐渐趋于稳定，因此去除COD主要在厌氧池环节。
　　3.4.2 氨氮在不同水池中处理效率变化
　　以不同池子为横坐标，氨氮的处理效率变化情况为纵坐标详见表4、图7。
　　从图7可知，氨氮从厌氧池到好氧池过程的处理效率变化最大，处理量最多，氨氮在各个环节处理效率呈现逐渐递增的变化，而不同于COD的先增加后逐渐趋于稳定的变化规律。
　　3.5 处理废水药剂使用情况
　　3.5.1 某公司处理酱油废水使用药剂情况
　　根据公司处理废水使用药剂的记录台账，使用的药剂有99%氢氧化钠、10%聚合氯化铝（PAC）、10%次氯酸钠（漂水）。由图3污水处理过程流程图可知，PAC是在厌氧池到好氧池这一过程中加入的，因此主要研究在好氧池中加入PAC的使用量后COD 和氨氮的浓度变化，同时观察月进、排水的流量情况。以下是2018年1～10月份的10%聚合氯化铝（PAC）月使用量、好氧池中COD和氨氮的浓度变化以及进、排水量的具体情况详见表5。
　　3.5.2 PAC的相关性分析
　　本文采用皮尔逊相关分析工具对PAC用量与好氧池COD和氨氮浓度、COD和氨氮处理效率以及月进水量和排水量进行相关分析。具体情况详见表6。
　　由皮尔逊相关性检验的双尾检验在好氧池中投入药剂PAC量与COD浓度呈显著负相关，与月排水量和月进水量呈显著正相关性，与其他指标没有显著相关性，说明PAC用量会对COD的浓度产生影响，同时进水和排水量对PAC用量具有显著的影响。 　　4 结论与建议
　　4.1 结论
　　酱油废水是食品发酵废水，化学需氧量和生化需氧量浓度高、负荷变化大、色度重，属于难处理有机废水。从某公司采用污水处理工艺可知，酱油行业污水处理影响效果与季节、温度以及加入的药剂种类和量有关。比如说，原水池中的浓度COD 在4月份中较低，在11月份分的浓度最高。整体呈现一个逐渐上升的趋势;而氨氮的浓度在1月份中最高，在11月份的浓度最低。说明原水浓度随着酱油生产的月变化而变化。其次，COD在厌氧池的处理效率变化最大，而氨氮在好氧池的处理效率变化最大。说明去除COD主要在厌氧处理过程，而去除氨氮主要在好氧处理过程。最后，通过皮尔逊相关性检验的双尾检验分析表明，PAC用量与COD的浓度、进水和排水量等因素相关，而与其他指标没有显著相关性。
　　4.2 建议与展望
　　针对上述结论，废水运营处理方面可以通过以下方式提高处理效果：
　　（1）当处理废水时，在4月份左右可以适当减少PAC的用量;而在11月份左右可以适当增加PAC的用量以降低COD的浓度。
　　（2）由于去除COD主要在厌氧处理过程，而去除氨氮主要在好氧处理过程。因此在厌氧和好氧两个过程可以適当延长时间，让COD和氨氮得到更加充分的反应从而提高处理效果。
　　从长远的经济角度来看，企业应该不断改良发酵、制曲等工艺，不断优化工艺过程降低污染物的浓度从而提高出水水质，降低成本和减少对环境的污染，继续把酱油生产推向一个新高度。
　　企业作为环境保护责任的主体，应严格落实其主体责任，落实污染物排放控制措施和各项环境管要求，确保污染物排放种类、浓度和排放量等达到排污许可的水平，并通过不断提高污染治理和环境管理水平，降低污染物的排放。除此之外，建议相关企业还应依法开展自行监测，安装或使用监测设备应符合国家有关环境监测、计量认证规定和技术规范，保障数据合法有效，保证设备正常运行，妥善保存原始记录，建立准确完整的环境管理台账，安装在线监测设备并与环境保护部门联网。企业应如实向环境保护部门报告排污许可证执行情况，依法向社会公开污染物排放数据并对数据真实性负责。
　　参考文献
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　　[3]赵晓，王守伟，徐志强.酱油废水处理效果的影响因素[J].中国调味品，2012，37（4）：21-22.
　　[4]叶冬冬.酱油酿造废水处理系统中微生物时空分布特征及相关环境因子分析[D].广东：华南理工大学，2018.
　　[5]叶冬冬.酱油酿造废水处理系统中微生物时空分布特征及相关环境因子分析[D].广东：华南理工大学，2018.
　　收稿日期：2020-03-19
　　作者简介：李洁茵（1996-），女，汉族，大专学历，技术员，研究方向为环境影响评价。
　　通讯作者：袁素芬（1981-），女，汉族，博士，副教授，研究方向为生态学、环境科学与资源科学。
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